на титане можно летать
Какой могла бы быть жизнь на Титане?
Титан — самый далекий объект в Солнечной системе, на котором однажды смог побывать созданный руками человека космический аппарат. Помимо этого, самый большой спутник Сатурна очень похож на нашу планету по многим важным параметрам, среди которых особенно выделяется наличие толстой атмосферы, схожей с земной. Единственным, что делает невозможным наличие жизни в том виде, в котором мы ее знаем, являются экстремально низкие температуры, царствующие повсеместно в этом сумеречном мире. Но что, если жизнь на Титане отличается от привычной? И если так, какой бы именно она могла быть?
Возможность наличия на Титане экзотической жизни будоражит умы ученых практически сразу с момента открытия этого спутника Сатурна
Есть ли жизнь на Титане?
Титан — один из самых интересных для изучения объектов в Солнечной системе, который был обнаружен в 1655 году знаменитым астрономом Христианом Гюйгенсом. Несмотря на то, что диаметр этого спутника Сатурна даже больше диаметра полноценной планеты Меркурий, сила тяжести в этом замороженном мире составляет всего одну седьмую земной. Этот факт может означать, что если вы однажды окажетесь на Титане, то нацепив себе на спину пару импровизированных крыльев, вы вполне сможете планировать над поверхностью Титана в условиях низкой гравитации без малейшей угрозы разбиться о каменистую гладь этого спутника.
Поверхность Титана представляет собой по-большему счету водяной лед, покрытый осадочными органическими веществами, которые теоретически могла бы использовать для своего развития простейшая экзотическая жизнь. Ученые считают, что вероятность возникновения на Титане жизни, похожей на земную, является крайне низкой, однако этот факт вовсе не означает, что жизни там нет места вообще.
Вид с поверхности Титана в представлении художника
В любом случае, возможность наличия на спутнике какой-либо жизни сможет подтвердить или опровергнуть миссия NASA Dragonfly, которая в 2034 году приступит к поискам пребиотической химии на Титане. Помимо миссии NASA, Европейское космическое агентство при возможном участии с Роскосмосом планирует направить в середине 2020-х годов в окрестности Сатурна и его спутников проект Titan Saturn System Mission (TSSM), который позволит изучить модель эволюции Титана и его геологические и климатические особенности.
Что же, кажется, новая эпоха в области астрономии и планетологии уже не за горами. А пока ученые ломают головы над новыми проектами, давайте попробуем обсудить возможность колонизации Титана в нашем Telegram-чате.
Жизнь на Титане: вероятный сценарий колонизации космоса
В январе издательство «Альпина Нон-фикшн» выпускает книгу «За пределами Земли: В поисках нового дома в Солнечной системе» планетолога Аманды Хендрикс и научного журналиста Чарльза Уолфорта. Forbes Life нашел в ней вполне реалистичное предположение того, как мог бы выглядеть человеческий быт на Титане, крупнейшем спутнике Сатурна, и публикует отрывок из книги.
Однажды люди научатся жить на Титане, самом крупном спутнике Сатурна. Они будут черпать энергию из безграничных запасов ископаемого топлива, а кислород — из замерзшей воды, составляющей большую часть массы Титана. Азотная атмосфера, которая плотнее земной, защитит человека от космического излучения и позволит ему жить в негерметичных строениях и передвигаться не в скафандрах, а в очень теплой одежде и респираторах. Люди будут кататься на лодках по озерам жидкого метана и летать, подобно птицам, в холодной плотной атмосфере при помощи крыльев за спиной.
Произойдет это потому, что в определенный момент в этом возникнет необходимость. Сегодня холодные мрачные небеса Титана непривлекательны и невероятно далеки. У нас пока нет технологий, позволяющих отправить людей на Титан. Но технологии развиваются, а перспективы Земли ухудшаются. В прежние времена человеческие существа уже отправлялись в неведомые и опасные дали, когда жизнь в привычном месте становилась невыносимой. Если жители Земли не начнут вести себя иначе, то новый мир на Титане, свободный от войн и климатических катаклизмов, может стать привлекательным для колонистов.
Строительство автономной космической колонии — в нескольких десятилетиях и технологических шагах от нас. Но многие ученые и инженеры уже думают о ней, поскольку это приключение — из тех, ради которых они выбрали профессию, и поскольку создание колонии ставит острейшие вопросы о сегодняшних технологиях, исследованиях и космической промышленности. В самом деле, такая цель, как переселение человека на другую планету, — лучшее оправдание программы США по пилотируемым космическим полетам.
Почему Титан?
Вода в жидкой и твердой форме вдали от Солнца встречается в изобилии. В глубинах спутников Сатурна и Юпитера содержатся скальные породы, но вода составляет куда большую долю их объема, чем у внутренних планет. Например, Титан крупнее Меркурия, его радиус на 50% превышает радиус Луны, но его плотность ниже, а тяготение, соответственно, слабее — ведь вода менее плотна, чем камень и металл.
В Солнечной системе только Титан буквально завален топливом, которое мы могли бы добывать и сжигать, пользуясь технологиями едва ли сложнее газовых печей, встречающихся в типичных американских домах. Земной природный газ в основном состоит из метана, как озера и моря Титана. Прибрежные дюны Титана — тоже углеводородные, в основном из более тяжелых и сложных органических соединений, которые называются полициклическими ароматическими углеводородами. Учитывая атмосферную углеводородную фабрику Титана и низкие температуры, все это логично.
Имея на Титане электростанции, питаемые углеводородным топливом, колонисты могли бы строить большие, освещенные теплицы, выращивать в них пищу и перерабатывать углекислый газ, выделяющийся при сгорании, обратно в кислород. Почти все можно было бы делать из пластика, произведенного из местного сырья. Для добычи металлов и других тяжелых элементов, необходимых для питательных веществ и производства электроники, колония могла бы заняться разработкой астероидов с помощью космических аппаратов. Располагая неограниченной энергией и доступом к ресурсам, колонисты в итоге смогли бы построить дома по берегам озер, ходить по ним на лодках и летать на личном авиатранспорте.
Как будет устроена наша жизнь
Многие ученые воображали, каково было бы жить на Титане, ведь кажется, что это было бы так просто. Ральф Лоренц из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса написал о Титане пару книг. Он предлагал разнообразные исследовательские миссии, в том числе судно, похожее на буй, и ряд метеостанций. Когда мы общались с ним, он говорил о подлодке. «Любой земной транспорт можно осмысленно использовать где-то на Титане», — сказал Ральф.
На Титане люди могут выжить без скафандров
Лоренц отмечает, что на Титане люди могут выжить без скафандров, передвигаясь тепло одетыми и в кислородных масках, и жить в негерметичных зданиях. Нетрудно вообразить себя в странном оранжевом ландшафте Титана, стоящим на влажном, мягком грунте вроде того, который обнаружил зонд «Гюйгенс», с разбросанной вокруг галькой твердого льда. Темпера- тура там около –180 °C, но в одежде с толстой теплоизоляцией или нагревающими элементами было бы комфортно. Если одежда прорвется, это не убьет вас — главное не замерзнуть. Здесь не нужен громоздкий герметичный костюм вроде тех, что астронавты носят на Луне или в вакууме космоса.
Жилище на Титане может быть устроено подобно жилищам в полярных областях Земли, с использованием воздухонепроницаемой изоляции и свай, уберегающих от таяния лед и замерзшие углеводороды, на которых оно стоит. Простые двойные двери удержат кислород внутри. Если жилище даст течь, ее нужно устранить, но никакой непосредственной угрозы она не представляет. Устранить проблему до надлежащего ремонта можно куском изоленты. Вездесущие углеводороды содержат немало канцерогенов, поэтому, входя домой, важно почистить и снять уличную одежду.
У Титана и Антарктики есть некоторое сходство. Чтобы выжить в этих местах, требуется активное использование технологий, самое важное — обогрева. И туда и туда нужно везти припасы. Чтобы остаться в таком месте навсегда без внешней поддержки, понадобится источник энергии и производство пищи в закрытом помещении. В Антарктике, вероятно, полно ископаемого топлива, однако, чтобы его получить, потребуется пробить толстый лед. На Титане топливо лежит прямо на поверхности, а вот кислород придется добывать из недр. И там и там, чтобы выйти наружу, нужно подобающим образом одеться. Температура на Титане куда ниже, но погода там спокойнее.
Главное отличие Антарктики от Титана в том, что в Антарктике можно дышать атмосферным воздухом. Атмосфера Земли почти на 80% состоит из азота и на 20% — из кислорода. Атмосфера Титана — на 95% из азота и на 5% из метана. Мы не можем жить без кислорода, но все же воздух Титана для нас не является мгновенным ядом. В нем достаточно цианида, чтобы от него сильно разболелась голова, а азот приведет к наркозу, знакомому водолазам: обратимому состоянию, похожему на опьянение. При поломке дыхательного аппарата вы потеряете сознание через минуту, но вас можно возвратить к жизни, если вовремя предоставить доступ к кислороду.
В слабом поле тяготения Титана легко летать
Давление атмосферы Титана на 50% выше, чем на Земле. Этой атмосферы более чем достаточно для защиты от радиации и микрометеоритов. Из-за холода воздух также вчетверо плотнее, чем на Земле. Это приводит к двум любопытным побочным эффектам. Первый — медленно меняющаяся устойчивая погода. Второй — в слабом поле тяготения Титана легко летать.
Тяготение Титана составляет лишь 14% земного, даже меньше, чем лунные 17% (Титан куда крупнее Луны, но Луна содержит больше скальных пород, масса которых порождает более сильное тяготение, чем вода, из которой по большей части состоит Титан). В слабом лунном тяготении астронавты «Аполлона» передвигались прыжками, как при замедленной съемке, будто воздушные шарики, отскакивающие от пола. На Титане с еще меньшей гравитацией их бы дополнительно поддерживала плотная атмосфера; в костюме с крыльями они легко планировали бы на значительные расстояния.
Назад дороги не будет
Человеческое тело, вероятно, приспособится к Титану таким образом, что это затруднит возвращение на Землю.
Наши тела обусловлены тяготением. Кости бегунов формируются более прочными благодаря силе, с которой их стопы сталкиваются с землей. Пациент, надолго прикованный к больничной койке, теряет мышечный тонус и порой ослабевает настолько, что не может стоять. NASA разобралось, как тренировать астронавтов на МКС, чтобы они сохраняли мышечную массу и плотность костей в ходе шестимесячного пребывания в невесомости, но для этого требуется проводить на специальных тренажерах по два часа в день. Большинство колонистов на Титане, скорее всего, будут придерживаться распорядка тренировок не лучше типичного обитателя Земли с неиспользованным абонементом в спортзал. Со временем они, скорее всего, слишком ослабнут для того, чтобы жить на Земле.
Колонисты также будут зависеть от искусственного освещения. Каждый, кто жил в северных широтах, знает, что естественный свет и темнота регулируют жизнь, влияют на настроение и работоспособность как в помещениях, так и на улице. На полюсах солнце светит все лето, а всю зиму стоит ночь. На полюсах никто, кроме исследователей, не живет, но жителям северных регионов намного южнее полюса все равно приходится приспосабливаться к изменениям освещенности физически и с помощью технологий. Коренные народы пережидали зиму, получая из пищи вроде жира морских млекопитающих витамин D, который жители умеренных климатических зон получают от Солнца. Летом народы Севера становятся энергичными и долгими солнечными днями запасают пищу.
Современные обитатели полярных климатических зон поддерживают суточный цикл сна и бодрствования искусственным освещением. Они питаются обработанной пищей, содержащей витамин D (однако зачастую в недостаточном количестве). В отсутствие регулируемого суточного цикла и достаточного количества яркого света и витамина D многие люди впадают в депрессию и сезонную хандру, начинающуюся с осенним ослабеванием естественной освещенности.
Естественные циклы света и темноты будут совершенно непривычными
На Титане освещение помещений и подобающая диета будут круглогодичной необходимостью. Естественные циклы света и темноты будут совершенно непривычными. Будучи спутником Сатурна, Титан всегда повернут к нему одной и той же стороной. Однако оранжевая атмосфера, вероятно, не позволяет увидеть звезды и планеты. (Во всяком случае, Титан находится в плоскости колец Сатурна, так что их не будет видно.) Колония, без сомнения, была бы построена на стороне Титана, обращенной к Сатурну; в этом месте отраженный от Сатурна свет, вероятно, поддерживает слабую освещенность в течение всего дня, за исключением времени, которое Титан оказывается в тени Сатурна. День длится 16 земных суток, так что пару недель освещение будет слегка усиливаться Солнцем, а следующая пара недель будет потемнее. Год на Титане равняется 29 земным годам, так что каждое из четырех времен года длится примерно 7,5 лет. «Кассини» исследовал Титан почти половину местного года, начав летом у южного полушария; сейчас начинается лето в северном полушарии, и мы лишь начинаем понимать влияние сезонов на погоду.
Нам пока еще многое не известно о Титане, но мы знаем, что если туда доберемся, то смогли бы там жить.
Низкая гравитация позволит летать на Титане
Вы хотели бы летать, как птицы? Повторить полет Икара с помощью крыльев, но без печального конца? Что ж, у вас есть такая возможность. Осталось только погрузить вещи в космический корабль и отправиться к крупнейшему спутнику Сатурна Титану.
Перспективная колония
Титан стоит на втором месте по величине среди спутников Солнечной системы и считается перспективным местом для колонизации. Он наделен плотным атмосферным слоем и поверхностной жидкостью.
Ученые полагают, что человеку даже было бы комфортно гулять по поверхности без скафандра. Правда, все равно придется носить специальную кислородную маску и создать теплый костюм, чтобы выдерживал мороз в -170°C. Плотности атмосферы хватит, чтобы защититься от микрометеоритов или радиации.
Но, даже если мы никогда не решимся колонизировать это местечко, Титан все же достоин посещения, потому что пара крыльев поможет вам взлететь.
Условия для полета
Благодарить стоит низкий уровень силы тяготения Титана, ведь он составляет всего лишь 14% от земного! А теперь вспомним лунных астронавтов. На видео можно заметить, что им приходилось перемещаться с помощью прыжков, будто в замедленной съемке. Дело в том, что лунная гравитация достигает 17% от земной.
На Титане дополнительную роль играет и плотный атмосферный слой, который на 98.4% представлен азотом. Поэтому наличие костюма с грамотной конструкцией крыльев поможет перемещаться на большие дистанции с помощью полета. Ученые полагают, что это намного разумнее, чем использовать роверы и прочие виды транспорта.
Готовим летательные костюмы
Атмосфера Титана, запечатленная с использованием синих, зеленых и красных спектральных фильтров
Это подарок от британских ученых, которые решили разработать модель специального костюма, подходящего для полетов на Титане. Обязательное условие – предварительно разогнаться до 11 м/с.
Главное внимание уделили разработке крыльев. Они должны быть достаточно крупными, чтобы поднять в воздух человека средней весовой категории. Для полета не придется прыгать с возвышенности. Нужно просто разогнаться с помощью обычного бега. Площадь крыльев – 4.7 квадратных метров (как два письменных стола).
Интересно, что размер крыльев может зависеть от вашей возможной скорости разгона. Если вы медлительный человек, то придется увеличить площадь. Если же вы профессиональный бегун, то хватит 1.4 квадратных метра.
Тренируйтесь бегать уже сейчас на Земле, ведь со скромным размером крыльев будет намного проще гулять по поверхности Титана. Мы не советуем взлетать слишком высоко, но падения бояться не стоит. Даже, если механизм повредится, то посадка будет плавной и безболезненной.
Постскриптум
Велика вероятность, что крылья – не фантастика, а реальное предложение. Дело в том, что на Титане это наиболее перспективный и доступный бесплатный вид транспорта для одиноких перемещений. Конечно, разрабатываются различные конструкции дирижаблей, но крылья будут у всех под рукой.
Однако сначала нам нужно освоить Луну и Марс, а уж потом переходить к спутникам газовых гигантов. Но приятно думать, что и на других мирах можно реализовать детские мечты о полетах.
Возможна ли жизнь на Титане?
Менее чем через месяц космический аппарат NASA «Кассини» совершит свое 126-е и последнее прохождение мимо крупнейшего спутника Сатурна – Титана. За время своей миссии этот зонд позволил учёным составить подробную карту Титана как геологически активного небесного тела с текущими по его поверхности реками и сложной по химическому составу атмосферой, под ледяным панцирем которого, вероятно, скрыт целый океан.
Во многих отношениях Титан – близнец Земли. Как и Земля, он обладает значительной атмосферой, давление которой на поверхности лишь немного меньше земного. Зонд «Кассини» обнаружил огромные озера и даже реки в полярных регионах Титана.
Его море Кракена превосходит своим размерами Каспийское. Учёные знают – как по наблюдениям аппарата, так и по лабораторным экспериментам, – что атмосфера Титана богата теми сложными молекулами, которые можно назвать «строительными кирпичиками жизни». Он может дать нам возможность обнаружить жизнь в незнакомой нам форме, способную существовать не только в водных растворах, но и в углеводородных растворителях. Комбинация органических веществ и жидкости, как в форме воды в подповерхностном океане, так и в форме метана/этана в поверхностных морях, означает, что Титан вполне можно рассматривать как идеальное место в Солнечной системе для проверки гипотез о внеземной жизни и предшествующей ей пребиотической эволюции.
Само название Кракен, которое отсылает к легендарному морскому чудовищу, красноречиво отражает нетерпеливые надежды астробиологов. Кракен – это легендарное мифическое морское чудовище гигантских размеров, головоногий моллюск, известный по описаниям исландских моряков, из языка которых и происходит его название.
Но Титан всё же – это в значительной степени «злой близнец» Земли. Будучи почти в десять раз дальше её от Солнца, на поверхности он практически не прогревается: температура здесь устойчиво держится на отметке в –180 градусов по Цельсию. Вся вода на поверхности Титана замерзла напрочь. Фактически водяной лёд здесь играет ту же роль, которая на Земле отведена богатым кремнием горным породам, представляя собой как бы внешние слои коры Титана.
Если в морях Титана и есть некая жизнь, то она, само собой, должна быть довольно-таки отлична от той, к которой мы привыкли у себя на Земле. Это должна быть инопланетная форма, с органическими молекулами, растворёнными в жидком метане, а не в воде. Возможно ли такое в принципе?
Каждая живая клетка является, по существу, самоподдерживающейся сетью химических реакций, содержащихся в пределах мембран. Учёные задались вопросом – могут ли клеточные мембраны существовать в жидком метане?
Считается, что клеточные мембраны на Земле образовались достаточно давно, а их возникновение могло было быть тем самым первым шагом в происхождении самой жизни. Они состоят из крупных молекул – фосфолипидов. У каждой молекулы фосфолипида есть «голова» и «хвост». Опуская разные технические подробности скажу только, что электрические свойства фосфолипидов приводят к тому, что они собираются в т.н. мембраны, толщиной в две молекулы. Фосфолипидные бислойные мембраны являются основой всех клеточных мембран на Земле. Липосомы могут расти, размножаться и осуществлять определенные химические реакции, необходимые для жизни, поэтому некоторые биохимики считают, что образование липосом, возможно, было первым важным шагом к возникновению жизни на Земле.
Могут ли фосфолипидные бислойные мембраны образоваться в жидком метане Титана? Нет. В отличие от воды, молекула метана имеет равномерное распределение электрических зарядов. Ей не хватает полярных качеств воды, поэтому она не может притягивать полярные головки молекул фосфолипида. В поисках клеточных мембран Титана придётся выйти за пределы привычного школьного курса биологии.
Атмосфера Титана имеет очень сложную химию. Она состоит в основном из азота и всё того же метана. Когда «Кассини» проанализировал её состав с помощью спектроскопии, он нашёл следы различных соединений углерода, азота и водорода, нитрилы и амины. Учёные смоделировали химию атмосферы Титана в лабораторных условиях, подвергая смеси азота и метана воздействию источников энергии, имитирующих солнечный свет на Титане. Так была получена субстанция из органических молекул под названием «толины». Они состоят из соединений водорода и углерода (углеводородов), нитрилов и аминов.
Исследователи увидели в нитрилах и аминах потенциальных кандидатов на клеточные мембраны Титана. Акрилонитрил, присутствующий в атмосфере Титана, как показал «Кассини», в концентрации 10 частей на миллион, способен формировать мембраны с подходящими свойствами. Моделирование показало, что, несмотря на огромную разницу в температурах между криогенными азотосомами и комнатными липосомами, они обладают на удивление схожими свойствами в плане стабильности и отзывчивости на механические воздействия. Клеточные мембраны, выходит, могут сформировать жизнь в жидком метане. Эти предварительные научные выводы – не более чем первый шаг к изучению возможности существования жизни в жидком метане, а также к разработке методов, которые понадобятся будущим космическим аппаратам для поиска её на Титане.
Титан может быть и одним из немногих претендентов в Солнечной системе на постоянное поселение людей. До сих пор большинство исследователей смотрят на Луну и Марс как наиболее соответствующих этой роли. Куда менее подходят для человеческой колонизации Меркурий и Венера. Меркурий расположен слишком близко к Солнцу, перепады температур и другие физические особенности этой планеты люди вряд ли смогут перенести. Атмосфера Венеры ядовита, тяжела и раскалена. Возможно, мы могли бы жить в специальных аэростатах в атмосфере Венеры. Но смогут ли подобные населённые пункты когда-нибудь стать рентабельными и самодостаточными?
Хотя Луна и Марс выглядят как относительно реалистичные объекты колонизации, у них тоже свои проблемы. Они не защищены магнитосферой или атмосферой. Галактические космические лучи (ГКЛ) – энергетические частицы далёких сверхновых, непрерывно и нещадно бомбардируют лунную и марсианскую поверхности. Канцерогенный потенциал этого мощного излучения давно известен, хотя и с трудом поддаётся точной оценке. Облучение подопытных мышей подобной радиацией на уровнях, аналогичных космическим, привело у них к повреждениям головного мозга с потерей когнитивных способностей.
На Земле мы защищены от ГКЛ наличием воды в атмосфере. Но чтобы заблокировать половину ГКЛ, присутствующих в незащищенном пространстве, нужен как минимум двухметровый слой воды. Значит на Луне или на Марсе людям, вероятно, придётся проживать в бункерах под поверхностью. Создание подобных катакомб потребует огромного количества времени, сил и средств.
Альтернативой Марса вполне могли бы выступить спутники Юпитера и Сатурна. Их несколько десятков, но Титан среди них – вне конкуренции. Для защиты от радиации Титан имеет азотную атмосферу на 50% толще земной. Магнитосфера Сатурна – дополнительная сильная защита от ГКЛ. На поверхности Титана, как уже было указано, имеется множество углеводородов в твердой и жидкой форме – а это колоссальный естественный источник для производства энергии. Несмотря на то, что атмосфере Титана не хватает кислорода, залежи водяной льда ниже его поверхности – огромный резервуар кислорода для дыхания и сжигания тех же углеводородов в качестве топлива.
Другой вопрос: а как, собственно, достигнуть Титана? В настоящее время – никак. К сожалению, мы пока и до Марса ещё не добрались. Полёт на Титан при современном уровне развития науки и техники может сейчас занять не менее 7 лет в одну сторону. И если люди продолжат вкладывать больше средств в бесконечные усовершенствования автомобилей, гаджетов, холодильников, пылесосов и пр., чем в освоение космоса и, в частности, технологии, необходимые для сохранения здоровья человека в его условиях, то прорыв в этом направлении будет отложен на неопределённо долгий срок.